DE2045603A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Ver mischung einer gasförmigen Phase mit einer flüssigen Phase - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Ver mischung einer gasförmigen Phase mit einer flüssigen Phase

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Description

DIpl.-lng. W. HERRMANN-TtENTEPOHL ΜΙ«ηΙ|η*|ΙΙ·
MOO München 23, EhWMctw tw·*· it
H 02 489
PROCEDES SEM
7o, Avenue Dumotel CACHAN Frankreich
Verfahren und Vorrichtung zur Vermischung einer gasförmigen Phase mit einer flüssigen Phase.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Vermischung einer gasförmigen mit einer flüssigen Phase. Das Verfahren und die Vorrichtung sind in vorteilhafter Weise, jedoch nicht ausschließlich, für die Ozonisierung von Wasser geeignet, um dieses in trinkbaren Zustand zu versetzen.
Das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß in einem die Flüssigkeit enthaltenden Behälter die gasförmige Phase in Form von Blasen eingeführt wird. Die Blasen
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gelangen in einen Wirkungsbereich eines mit Flügeln versehenen Bauteiles, welcher in Drehbewegung versetzt wird und eine in der Flüssigkeit nach unten gerichtete Strömung erzeugt. Der mit Flügeln versehene Körper und der Abstand, welcher ihn von der Einführungszone der gasförmigen Phase trennen, sind so bestimmt, daß die Gasblasen zunächst eine nach oben gerichtete Bewegung einnehmen, welche sie in den Wirkungsbereich des genannten, mit Flügeln versehenen Teils führt. Dort werden die Blasen zerschlagen und in Blasen aufgeteilt, deren Größe um ein wesentliches Maß reduziert ist. Diese kleineren Blasen sind nunmehr in dem durch den mit Flügeln versehenen Bauteil erzeugten Strom eingefangen.
Durch das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung kann man ausgehend von der Abmessung der Blasen und unter Einsatz minimaler Energie eine intensive Strömung bzw. Diffusion der Blasen erzielen. Dies geschieht durch die Reduzierung der Blasengröße innerhalb der Flüssigkeit, wodurch man eine so vollständig als mögliche Vermischung des Gases mit der Flüssigkeit erzielt.
Nach einem weiteren Merkmal ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß die flüssige Phase am Rand des Behälters eingeführt wird, in welchem sich der mit Flügekörpern versehene Bauteil befindet, wodurch in Richtung des oberen Bereiches des Behälters gerichtete Strömungsverluste in maximaler Weise begrenzt werden. Die Einführung der Flüssigkeit geschieht vorteilhafterweise dadurch, daß die Flüssigkeit an der Wandung des Behälters der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Rieselbewegung bzw. Rieselführung eingelassen wird.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert.
In Fig. 1 der Zeichnungen ist ein Gerät dargestellt, welchee für die Ozonisierung von Wasser dient, um dieses trinkbar zu
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Das Gerät wird in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einem zylindrischen Behälter a gebildet, dessen Höhe von größerer Bedeutung ist als sein Querschnitt. Der Behälter ist durch einen Deckel b geschlossen und ist durch eine konzentrisch zur Achse verlaufende Trennwand c in zwei Räume unterteilt, das heißt in eine am Umfang verlaufende Kammer d und in eine in der Mitte befindliche Kammer e. Der obere Bestandteil der Trennwand ist mittels senkrechter Wände fl in einen Trichter bzw. Abguß ausgebildet. In der Höhe der Wand fl ist ein Rohrstutzen g angesetzt, welcher mit einer Zuführungsleitung für das zu ozonisierende Wasser in Verbindung steht.
Unterhalb des oberen Bereiches der Trennwand c befindet sich ein Schrauben- bzw. Flügelradkörper h, dessen Welle hl, angetrieben durch den Motor i, durch den Deckel b abgedichtet verläuft. In gleicher Weise verläuft ein Abzug j durch den Deckel; mit Hilfe des Abzuges kann man die Menge und den Gehalt des Gasverlustes messen. Ein Ventil k ermöglicht,einen mehr oder weniger großen Teil der zu behandelnden Wassermenge kurzuschliessen, d.h. in direktem Wege abzuführen.
Das Ozon wird in Form von Luft in die Kammer e eingeführt. Dies geschieht über ein Rohr m, welches in einem weiteren Rohr η endet. Das Rohr η ist porös bzw. mit mehreren öffnungen versehen. Aus diesen öffnungen strömt das Gas in Form von Blasen aus. Das Rohr η befindet sich unterhalb des Flügelradkörpers h. Der Schrauben- bzw. Flügelradkörper h entspricht in seinem Aufbau vorteilhafterweise einem durch die Anmelderin unter der Bezeichnung "SABRE" gefertigen Produkt oder einer davon abgeleiteten Ausführungsform, durch welche Randwirbel erzeugt werden können. Der Flügelradkörper arbeitet mit Schiebewirkung, d.h. daß er in der Kammer e eine nach unten
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gerichtete Flüssigkeitsströmung erzeugt.
Die verschiedenen Merkmale (Form und Richtung der Flügel, Durchmesser und Umdrehungsgeschwindigkeit des Flügelradkörpers) und der Abstand, welcher den Flügelradkörper vom durchlässigen Rohr η trennen, werden derart ausgewählt, daß die Blasen ο eine nach oben verlaufende Bahn beschreiten, welche sie in den Wirkungsbereich des Flügelradkörpers führt. In diesem Wirkungsbereich werden die Blasen zerschlagen, so daß sich ihre Abmessung um ein wesentliches verringert. Da ihre Auftriebskraft entsprechend verringert ist, nimmt ihre Durchflußgeschwindigkeit in der Flüssigkeit ab. Anstatt ihre nach oben gerichtete Bewegung in Richtung der Oberfläche der Flüssigkeit fortzusetzen, werden die Blasen nunmehr durch die durch den Flügelradkörper erzeugte Strömung eingefangen. Diese wurde derart bestimmt, daß sie größer ist als die Auftriebsgeschwindigkeit .
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Vorrichtung ist innerhalb des Bereiches, in welchem die Aufteilung der Blasen stattfindet, eine Konzentration des Gases gewährleistet, welche von wesentlicher Bedeutung ist. Im Bereich des Austausches zwischen Gas und Flüssigkeit wird eine Streuung bzw. Verteilung der Blasen erzielt, deren Abmessung gegenüber der Abmessung der aus dem durchlöcherten Rohr austretenden Blasen wesentlich verringert ist. Auf diese Weise werden optimale Austauschbedingungen zwischen der gasförmigen und der flüssigen Phase erzielt.
Das Einführen der Flüssigkeit im über der Kammer e befindlichen Raum geschieht durch eine Rieselführung an der Wandung dieser Kammer. Es wird auf diese Weise vermieden, daß im oberen Bereich des Gerätes Gas in der Flüssigkeit eingefangen wird, wodurch die Gefahr bestünde, daß sich Blasen verschiedener
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Größen in die Flüssigkeit einschließen würden. Diese Blasen unterschiedlicher Abmessung könnten die sogenannte Klassifizierung der Blasen verfälschen, nachdem diese , vom Rohr η nach oben in den Wirkungsbereich des Flügelradkörpers h geraten sind. Das Einführen der Flüssigkeit entlang der am Umfang verlaufenden Wandung im oberen Bereich der Kammer e gestattet, die Strömungsverluste des Flügelradkörpers zwischen seinem Außendurchmesser und dem Durchmesser der konzentrischen Zylinderwandung zu begrenzen, wodurch der Wirkungsgrad des Verfahrens und der Vorrichtung vergrößert werden.
Das erfindungsgemäße Gerät ermöglicht eine Art von Emulsion des Gases in der Flüssigkeit zu erzeugen; die Emulsion besitzt gute Stabilität und kann während genügend langer Zeit aufrecht erhalten werden, ohne daß dazu ein wesentlicher Energieaufwand erforderlich wäre. Man kann statische Elemente verwenden, welche nur einen geringen Energieaufwand erfordern und welche genügend Verwirbelung erzeugen, um die Emulsion in ihrem Zustand zu halten. Auf diese Weis.e kann man die Emulsion genügend lange speichern als man es erforderlich hält zur Verwirklichung einer Reaktion oder einer Vermischung.
Das Volumen, in welchem die Emulsion gehalten bzw. gespeichert werden kann, kennzeichnet sich durch eine im wesentlichen große Höhe bzw. Tiefe bezüglich der horizontalen Abmessungen, weshalb die Emulsion inForm eines geschlossenen Kreislaufes in Umlauf gehalten werden kann. Die tieferen Punkte des Volumens stehen unter größerem statischen Druck als die höheren Punkte des Volumens, was durch eine sehr große Streckung in Form eines Rohrkörpers erzielt wird, wobei der Bereich des Ausflusses durch statische Elemente in Verwirbelung gehalten wird, um die Stabilität der Emulsion beizubehalten.
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In den Pig. 2-5 der Zeichnungen sind weitere AusBhrungsformen des erfindungsgemäßen Gerätes wiedergegeben. In Fig. 2 der Zeichnungen ist eine Ausführungsform ersichtlich, welche bei Verwendung in einem in der Erde befindlichen Brunnen eingesetzt werden kann. Gemäß Fig. 3 der Zeichnungen ist eine Ausführungsform dargestellt, bei welcher der Abfluß ρ des behandelten Wassers im unteren Bereich des Geräts angeordnet ist. Bei der in Fig. 4 der Zeichnungen dargestellten Ausführungsform ist der untere Teil des Behälters a an einen Kanal ο angeschlossen. Dieser weist im Verhältnis zu seiner Länge einen geringen Querschnitt auf und führt das behandelte Wasser in ein Überlaufgefäß r. Bei der in Fig. 5 der Zeichnungen dargestellten Ausführungsform der Zeichnungen mündet der Behälter a an seinem unteren Bereich in einen Teil al, welcher seinerseits über seinai oberen Bereich mit dem Behälter in Verbindung steht. Der Teil al ist mit Widerstandskörpern s versehen. Das behandelte Wasser ist in der in Fig. 4 der Zeichnungen dargestellten Ausführungsform vergleichbarerweise an ein Überlaufgefäß angeschlossen.
Bei den Ausführungsformen des in Fig. 3-5 der Zeichnungen dargestellten Geräts ist die Trennwand c nicht vollständig zylindrisch, sondern weist einen konischen Bereich el auf, wodurch eine Veränderung in der Ausflußgeschwindigkeit ermöglicht ist.
Somit kann mit einem sehr geringen Energieeinsatz die Emulsion beträchtlichen Druckveränderungen ausgesetzt werden, um den Gleichgewichtszustand zwischen der gasförmigen und der flüssigen Phase zu verlagern.
Das Gerät nach der vorliegenden Erfindung kann in vorteilhafter Weise für physikalisch-chemische Verfahren der Trennung und Auflösung verwendet werden, ferner für Absorptionsverfahren,
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so zum Beispiel für die Absorption
einer gasförmigen Phase in einer flüssigen Phase, um nach einer innigen Vermengung der beiden Phasen eine chemische oder biochemische Reaktion zwischen dem Gas und der Flüssigkeit herbeizuführen; schließlich kann das erfindungsgemäße Gerät für Verfahren eingesetzt werden, welche in der klassischen chemischen oder biochemischen Industrie ablaufen.
Das erfindungsgemäße Geräte kann in gleicher Weise für Schwebeverfahren zur Anwendung gebracht werden, bei welchen das Gemisch von Gasblasen in einer flüssigen Phase stabil gehalten werden soll, und zwar derart, daß sich die wasserabstoßenden Bestandteile oder Partikel in der flüssigen Phase an den Zwischenflächen von Flüssigkeit und Gas konzentrieren, welche durch Wände der Blasen gebildet sind. Die wasserabstoßenden Bestandteile bzw. Partikel können auf diese Weise von den wasseraufnehmenden, d.h. hydrophilen Partikeln getrennt werden, welche im Inneren der flüssigen Phase verbleiben. Verfahren der genannten Art werden beispielsweise bei gewissen Stufen der Bearbeitung von VJasser oder bei der Anreicherung mit Mineralien verwendet.
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Claims (15)

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Vermischung einer gasförmigen Phase mit einer flüssigen Phase, dadurch gekennzeichnet, daß in einen unter Druck befindlichen bzw. drucklosen, die einzuführende Flüssigkeit enthaltenden Behälter die gasförmige Phase in Form von Blasen eingeleitet wird, wobei die Blasen in einen Wirkungsbereich eines mit Flügelkörpern versehenen Bauteiles gelangen, welcher drehbar ist und eine in der Flüssigkeit nach unten gerichtete, senkrechte Strömung erzeugt, daß der Bauteil und der Abstand, welchen dieser vom Einführungsbereich der gasförmigen Phase trennt, so bestimmt sind, daß die Gasblasen zunächst eine nach oben gerichtete Bewegung einnehmen, weiche sie in den Wirkungsbereich des mit Flügelkörpern versehenen Bauteiles führt, daß die Gasblasen in diesem Bereich zerschlagen und unter einem wesentlichen Ausmaß in Blasen kleinerer Abmessungen geteilt werden, und daß die Blasen kleinerer Abmessung nunmehr in der durch den mit Flügelkörpern versehenen Bauteil erzeugten Hauptströmung eingefangen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die flüssige Phase in den Bereich, in welchem das Verfahren abläuft, derart eingeführt wird, daß der Einschluß von oberhalb des Wirkungsbereichs des mit Flügelkörpern versehenen Bauteils befindlichen Fremdgases vermieden wird, um den Einschluß von Blasen verschiedener Größe zu verhindern, welche die Klassifikation der durch die mechanische Wirkung des mit Flügelkörpern versehenen Bauteils erzeugten Blasen · verändern könnten.
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3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die flüssige Phase am Rand des Behälters eingeführt wird, in welchem sieh der mit Flügelkörpern versehene Bauteil befindet, wodurch in Richtung des oberen Bereiches des Behälters gerichtete Strömungsverluste in maximaler Weise begrenzt werden.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einführung der Flüssigkeit in den Behälter durch eine Rieselführung entlang der Behälterwandung des Gerätes vorgenommen wird, innerhalb welchem die Vermischung der beiden Phasen abläuft.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung einen Behälter (a) aufweist, welcher in zwei Kammern (e, d) unterteilt ist, eine mittig angeordnete Kammer (e) oberhalb welcher die Flüssigkeit eingeführt wird und in welcher sich hintereinander der "mit Flügelkörpern versehene Bauteil (h), so ein Flügelradkörper, und ein perforierter Bauteil (n) befindet, welcher zum Einleiten der gasförmigen Phase dient, und eine am Umfang angeordnete Kammer (d), welche das erzeugte Gemisch aufnimmt und von welcher dieses abgeführt wird.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der mit Öffnungen versehene Bauteil (n) aus einem Rohrkörper besteht, welcher an eine Zuführungsleitung (m) für die gasförmige Phase angeschlossen ist.
7· Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abmessungen des Flügelradkörpers und die Anordnung des mit Öffnungen versehenen bzw. porösen Bauteils so gewählt sind,
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daß die dem perforierten Bauteil entweichenden Gasblasen in den Verwirbelungsbereich des Flügelradkörpers gelangen, wo sie durch die Flügelkörper zerschlagen und derart zerkleinert werden, daß sie in den durch Flügelradkörper erzeugten Strom eingeschlossen werden, welcher in Richtung des unteren Bereichs der Vorrichtung gerichtet ist.
8. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Profil des Flügelradkörpers und seine Umdrehungsgeschwindigkeit derart bestimmt sind, daß die Geschwindigkeit der durch den Flügelradkörper erzeugten Strömung zwischen der Aufstiegsgeschwindigkeit der aus dem perforierten Bauteil aufsteigenden Blasen und der Geschwindigkeit der Blasen verringerter Größe besteht, welche durch den Flügelradkörper erzeugt sind.
9. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Bereich der in der Mitte befindlichen Kammer derart angepaßt ist, daß eine Laminarströmung der flüssigen Phase in der Kammer entsteht, um den Einschluß von Gas in Form von Blasen unerwünschter Abmessung zu verhindern.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Bereich der mittleren Kammer die Form eines Abflusses oder Trichters besitzt.
11. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Vorrichtung beträchtlich ist im Vergleich zum Querschnitt, wobei die Form als Funktion der Verbindung der Emulsion gewählt ist und daß die Höhe im Vergleich zum Querschnitt größer bestimmt ist, um den Austausch zwischen gasförmiger und flüssiger Phase unter Einsatz eines sehr geringen Anteils von Energie zu verbessern.
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12. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter, in welchem das Verfahren abläuft, an seinem unteren Bereich an einen Kanal ange schlossen ist, welcher im Vergleich zu seinem Querschnitt eine große Länge besitzt, und daß die flüssige Phase mit Hilfe des Kanals über ein Überlaufgefäß oder dergleichen abführbar ist.
13. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter, innerhalb welchem das Verfahren abläuft, in einenmit Trenn- und Hinderniskörpern versehenen Behälter mündet.
14. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Behälter von zylindrischer oder zylindrisch- konischer Form ist.
15. Verwendung des Verfahrens und der Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung nach den vorangehenden Ansprüchen für physikalisch-ehemische Verfahren der Trennung, der Absorption, so der Absorption einer gasförmigen Phase in einer flüssigen Phase, um nach einer innigen Vermengung der beiden Phasen eine chemische oder biochemische Reaktion zwischen Gas und Flüssigkeit hervorzurufen, so für Verfahren, welche in der Industrie chemischer oder biochemischer Art angewandt werden.
15. Verwendung des Verfahrens und der Vorrichtung für Schwebeverfahren, durch welche Gasblasen in flüssiger Phase in einem stabilen Zustand der Vermischung gehalten werden, dergestalt, daß die wasserabstoßenden Partikel in der flüssigen Phase sich an den Trennungsflächen von Flüssigkeit zu Gas konzentrieren, welche durch die Wände der Blasen gebildet werden, wodurch sie auf diese Weise von den hydrophilen bzw. wasseraufnehmenden Partikeln trennbar sind, welche im Inneren der flüssigen Phase verbleiben, so für Verfahren, welche in
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gewissen Stufen für die Behandlung von Wasser oder für die Anreicherung mit Mineralien dienen.
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